L'essència del mètode d'anàlisi de sedimentació és mesurar la velocitat a la qual s'assenten les partícules (principalment a partir d'un medi líquid). I utilitzant els valors de la taxa de sedimentació, es calculen les mides d'aquestes partícules i la seva superfície específica. Aquest mètode determina els paràmetres de partícules de molts tipus de sistemes dispersos, com ara suspensions, aerosols, emulsions, és a dir, els que estan molt estesos i importants per a diverses indústries.
El concepte de dispersió
Un dels principals paràmetres tecnològics que caracteritzen substàncies i materials en diversos processos de producció és la seva finesa. Es té en compte necessàriament durant la selecció d'aparells per a tecnologia química, en la producció de diversos productes alimentaris, etc. Això es deu no només al fet que amb una disminució de les partícules de substàncies, la superfície de les fases augmenta i la velocitat de la seva interacció augmenta, sinó també al fet que algunes propietats del sistema canvien en aquest cas.. En particular, augmenta la solubilitat, augmenta la reactivitatsubstàncies, les temperatures de les transicions de fase disminueixen. Per tant, va ser necessari trobar característiques quantitatives de la dispersió de diversos sistemes i en l'anàlisi de sedimentació.
Depenent de com es relacionen les mides de partícules en la fase dispersa, els sistemes es divideixen en monodispersos i polidispersos. Els primers estan formats exclusivament per partícules de la mateixa mida. Aquests sistemes dispersos són força rars i, en realitat, són molt propers als veritables monodispersos. D' altra banda, la gran majoria dels sistemes dispersos existents són polidispersos. Això vol dir que consisteixen en partícules de mida diferent i el seu contingut no és el mateix. En el transcurs de l'anàlisi de sedimentació de sistemes dispersos, es determinen les mides de les partícules que els formen, i després es construeixen les corbes de distribució de les seves grandàries.
Fonaments teòrics
La sedimentació és el procés de precipitació de partícules que conformen la fase dispersa en medis gasosos o líquids sota l'acció de la gravetat. La sedimentació es pot invertir si les partícules (gotes) suren en diverses emulsions.
Gravetat Fg que actua sobre partícules esfèriques es pot calcular mitjançant la fórmula de correcció hidrostàtica:
Fg=4/3 π r3 (ρ-ρ0) g, on ρ és la densitat de la matèria; r és el radi de la partícula; ρ0 – densitat del fluid; g - acceleraciócaiguda lliure.
La força de fricció Fη, descrita per la llei de Stokes, contraresta l'assentament de partícules:
Fη=6 π η r ᴠsed, on ᴠsed és la velocitat de la partícula i η és la viscositat del fluid.
En algun moment, les partícules comencen a assentar-se a una velocitat constant, que s'explica per la igu altat de les forces oposades Fg=Fη, el que significa que la igu altat també és certa:
4/3 π r3 (ρ-ρ0) g=6 π η r ·ᴠ sed. En transformar-lo, podeu obtenir una fórmula que reflecteixi la relació entre el radi de la partícula i la seva velocitat de sedimentació:
r=√(9η/(2 (ρ-ρ0) g)) ᴠsed=K √ᴠ sed.
Si tenim en compte que la velocitat de les partícules es pot definir com la relació entre la seva trajectòria H i el temps de moviment τ, llavors podem escriure l'equació de Stokes:
ᴠsat=N/t.
Aleshores el radi de la partícula es pot relacionar amb el temps de la seva sedimentació mitjançant l'equació:
r=K √N/t.
No obstant això, val la pena assenyalar que aquesta justificació teòrica de l'anàlisi de sedimentació serà vàlida sota una sèrie de condicions:
- La mida de les partícules sòlides hauria d'estar entre 10–5 a 10–2 veure
- Les partícules han de ser esfèriques.
- Les partícules s'han de moure a una velocitat constant i independentment de les partícules veïnes.
- La fricció ha de ser un fenomen intern d'un medi de dispersió.
A causa del fet que les suspensions reals sovint contenenles partícules de forma significativament diferents de les esfèriques introdueixen el concepte de radi equivalent a efectes de l'anàlisi de sedimentació. Per fer-ho, es substitueix en les equacions de càlcul el radi de partícules esfèriques hipotètiques fetes del mateix material que les reals de la suspensió estudiada i que s'assenten a la mateixa velocitat.
A la pràctica, les partícules en sistemes dispersos són de mida heterogènia i la tasca principal de l'anàlisi de la sedimentació es pot anomenar anàlisi de la distribució de la mida de les partícules en ells. En altres paraules, durant l'estudi de sistemes polidispersos, es troba el contingut relatiu de diverses fraccions (un conjunt de partícules les mides de les quals es troben en un interval determinat).
Característiques de l'anàlisi de sedimentació
Hi ha diversos enfocaments per realitzar anàlisis de sistemes dispersos per sedimentació:
- monitoratge en un camp gravitatori de la velocitat a la qual les partícules s'instal·len en un líquid tranquil;
- agitació de suspensió per a la seva posterior separació en fraccions de partícules de mides determinades en un raig de líquid;
- separació de substàncies en pols en fraccions amb determinades mides de partícules, realitzada per separació d'aire;
- monitoratge en un camp centrífug dels paràmetres d'enfonsament de sistemes altament dispersos.
Un dels més utilitzats és la primera versió de l'anàlisi. Per a la seva implementació, la velocitat de sedimentació es determina mitjançant qualsevol dels mètodes següents:
- mirant a través d'un microscopi;
- pesant el sediment acumulat;
- determinació de la concentració de la fase dispersa en un període determinat del procés de decantació;
- mesura de la pressió hidrostàtica durant l'enfonsament;
- que determina la densitat de la suspensió durant el període de liquidació.
Concepte de suspensió
S'entén per suspensions com a sistemes gruixuts formats per una fase sòlida dispersa, la mida de partícules de la qual supera els 10-5 cm, i un medi de dispersió líquid. Les suspensions es caracteritzen sovint com a suspensions de substàncies en pols en líquids. De fet, això no és del tot cert, ja que els purins són suspensions diluïdes. Les partícules de la fase sòlida són cinèticament independents i es poden moure lliurement en el líquid.
A les suspensions reals (concentrades), sovint anomenades pastes, les partícules sòlides interaccionen entre elles. Això condueix a la formació d'una determinada estructura espacial.
Hi ha un altre tipus de sistemes dispersos formats per fases sòlides disperses i mitjans de dispersió líquids. S'anomenen liosols. Tanmateix, la mida de la partícula és molt més petita (de 10-7 a 10-5 cm). En aquest sentit, la sedimentació en ells és insignificant, però els liosols es caracteritzen per fenòmens com el moviment brownià, l'osmosi i la difusió. L'anàlisi de sedimentació de les suspensions es basa en la seva inestabilitat cinètica. Això vol dir que les suspensions es caracteritzen per la variabilitat temporal de paràmetres com la finesa i la distribució en equilibri de les partícules en un medi de dispersió.
Metodologia
L'anàlisi de la sedimentació es realitza mitjançant una balança de torsió amb una copa d'alumini(diàmetre 1-2 cm) i un got alt. Abans de començar l'anàlisi, es pesa la tassa en un medi de dispersió, submergint-la en un vas de precipitats ple i equilibrant la balança. Juntament amb això, es mesura la profunditat de la seva immersió. Després d'això, es retira la copa i es col·loca ràpidament en un got amb la suspensió de prova, mentre que s'ha de penjar al ganxo de la barra d'equilibri. Al mateix temps, s'iniciarà el cronòmetre. La taula conté dades sobre la massa de precipitació precipitada en moments arbitraris.
| Hora des de l'inici dels estudis, s | Massa de la tassa amb sediment, g | Massa de sediment, g | 1/t, c-1 | Límit de sedimentació, g |
Utilitzant les dades de la taula, dibuixeu una corba de sedimentació en un paper gràfic. La massa de partícules assentades es representa al llarg de l'eix d'ordenades i el temps es representa al llarg de l'eix d'abscisses. En aquest cas, es selecciona una escala adequada perquè sigui convenient realitzar més càlculs gràfics.
Anàlisi de corbes
En un medi monodispers, la velocitat de sedimentació de les partícules serà la mateixa, el que significa que la decantació es caracteritzarà per la uniformitat. La corba de sedimentació en aquest cas serà lineal.
Durant la sedimentació d'una suspensió polidispersa (cosa que passa a la pràctica), les partícules de diferents mides també difereixen en la velocitat de sedimentació. Això s'expressa al gràfic en el desenfocament del límit de la capa de sedimentació.
La corba de subsidència es processa dividint-la en diversos segments i dibuixant tangents. Cada tangent caracteritzarà l'enfonsament d'un separatpart monodispersa de la suspensió.
Idea general de la distribució de la mida de les partícules
El contingut quantitatiu de partícules d'una certa mida a la roca se sol anomenar composició granulomètrica. Algunes propietats dels medis porosos en depenen, per exemple, permeabilitat, superfície específica, porositat, etc. A partir d'aquestes propietats, al seu torn, es poden extreure conclusions sobre les condicions geològiques per a la formació dels dipòsits rocosos. És per això que una de les primeres etapes en l'estudi de les roques sedimentàries és l'anàlisi granulomètrica.
Així, segons els resultats de l'anàlisi de la composició granulomètrica de les sorres en contacte amb el petroli, escullen equips i procediments de treball en la pràctica del camp petrolier. Ajuda a seleccionar filtres per evitar que la sorra entri al pou. La quantitat d'argila i minerals col·loïdals dispersos en la composició determina els processos d'absorció d'ions, així com el grau d'inflor de les roques a l'aigua.
Anàlisi sedimentària de la composició granulomètrica de les roques
A causa del fet que l'anàlisi de sistemes dispersos basats en els principis de sedimentació té una sèrie de limitacions, el seu ús en la seva forma pura per a l'estudi granulomètric de la composició de roques no proporciona la deguda fiabilitat i precisió. Avui en dia es realitza amb equips moderns amb programes informàtics.
Permeten l'estudi de partícules de roca des de la capa inicial, permeten registrar contínuament l'acumulaciósediment, excloent l'aproximació per equacions, mesura directament la velocitat de sedimentació. I, no per això menys important, permeten l'estudi de la sedimentació de partícules de forma irregular. El percentatge de fracció d'una mida o altra el determina l'ordinador, a partir de la massa total de la mostra, la qual cosa significa que no cal pesar-la abans de l'anàlisi.
